本發(fā)明屬于光通信領域，涉及一種本征模完全分離的退簡并多模光纖。

背景技術：

研究表明，隨著信息爆炸和大數(shù)據(jù)時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量每年約增長60％，根據(jù)這一趨勢，社會信息總量在今后10～30年內(nèi)預計將增長2～4個數(shù)量級。高速大容量是光通信永恒的發(fā)展主題。然而，現(xiàn)有的提高光通信容量的各種復用技術(如波分復用技術、時分復用技術和偏振復用技術等)以及先進高級調(diào)制技術已接近其容量極限，光通信出現(xiàn)新容量危機。為了進一步提高光通信系統(tǒng)的容量，利用光波空間維度資源的空分復用技術近年來吸引了越來越多的關注，其可以實現(xiàn)光通信可持續(xù)擴容，有望解決光通信新容量危機。

空分復用技術利用光波的空間維度，包括基于多芯光纖的多芯復用技術，基于少模光纖、多模光纖、環(huán)形光纖的模分復用技術，以及基于多芯少模光纖、多芯多模光纖的多芯模分復用技術。其中，模分復用技術是指將不同的正交空間模式，比如線偏(LP)模式和軌道角動量(OAM)模式等空間模式基，作為不同的傳輸信道載體，攜帶不同的數(shù)據(jù)信息，通過空間復用傳輸有效提升光通信容量和頻譜利用效率。然而，目前已經(jīng)報道的大多數(shù)模分復用技術所采用的模式通道數(shù)較少，且模式之間串擾較大，這使得在使用模分復用技術時需要同時輔助以多進多出數(shù)字信號處理(MIMO-DSP)技術來緩解模式串擾的影響，這增加了光通信系統(tǒng)的復雜度和成本。特別地，當模分復用模式通道數(shù)目增多時，模式之間的串擾越發(fā)嚴重，需要更大規(guī)模的MIMO-DSP技術輔助實現(xiàn)模分復用，MIMO-DSP的復雜度隨著通道數(shù)目的增多急劇的增加，這嚴重制約了多通道模分復用技術的發(fā)展。

事實上，目前應用于光纖模分復用技術的LP模式和OAM模式等，本質(zhì)上都是由光纖中的本征模線性疊加而成，而光纖本征模本身也是相互正交且可以作為一個空間模式基，因此，除了基于LP模式和OAM模式的模分復用技術，基于光纖本征模本身也可以進行模分復用，使用光纖本征模更加直接。與此同時，模分復用技術，也包括基于光纖本征模的模分復用技術，希望模式通道數(shù)越多越好，模式間串擾越低越好。多通道模式復用可以更有效提升光通信容量和頻譜利用效率。低模式串擾模式復用可以避免使用MIMO-DSP技術，類似低串擾波分復用技術那樣，有效降低模式復用復雜度。然而，大多數(shù)光纖中支持的模式都存在簡并現(xiàn)象。比如：弱導少模光纖和多模光纖中，構成LP模式的本征模有效折射率近乎相等(LP₁₁模式由TM₀₁、TE₀₁、HE₂₁奇和HE₂₁偶構成)，模式四重簡并。普遍認為，當光纖中支持的相鄰模式間有效折射率差大于1×10^-4時，認為模式發(fā)生分離(模式退簡并)，有些類似保偏光纖，模式間的串擾較低，在模式復用傳輸時可以忽略模式間的串擾，可以實現(xiàn)低模式串擾的模式復用。比如：高折射率環(huán)形光纖中，本征模式HE、EH、TE、TM間有效折射率差可以大于1×10^-4實現(xiàn)分離，不過，HE模式的奇模和偶模以及EH模式的奇模和偶模仍然為兩重簡并模式，有效折射率近乎相等，未能實現(xiàn)所有本征模(含奇模和偶模)完全分離和退簡并。再比如，對于一些保偏光纖(熊貓型、領結型或蝴蝶型應力雙折射保偏光纖和橢圓纖芯保偏光纖)，雖然也可以實現(xiàn)模式分離，但模式通道數(shù)較少，且難以實現(xiàn)所有本征模完全分離。這些都無法滿足多通道低串擾模式復用的需求。在此背景下，迫切需要設計一種可以支持多通道模式且所有本征模完全分離的退簡并多模光纖。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明提供一種本征模完全分離的退簡并多模光纖，用于直接基于光纖本征模復用的模分復用傳輸領域，解決現(xiàn)有光纖模分復用傳輸存在的模式通道數(shù)少、模式串擾大、需要MIMO-DSP輔助等技術問題。

本發(fā)明提供的一種本征模完全分離的退簡并多模光纖，其包括雙折射纖芯、應力區(qū)和包層。所述雙折射纖芯是指在水平和垂直方向上不對稱的纖芯，其目的在于使得光纖在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。雙折射纖芯提供形狀結構雙折射，雙折射纖芯尺寸越大折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，目前工藝能夠達到且比較成熟的纖芯折射率與包層折射率差一般不超過2.5％；應力區(qū)提供應力附加雙折射，應力區(qū)摻硼摩爾百分比越大，應力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過33％。摻硼摩爾百分比也影響應力區(qū)折射率，摻硼越多折射率越小。

優(yōu)選的，所述光纖折射率參數(shù)關系為：雙折射纖芯>包層>應力區(qū)。

優(yōu)選的，所述雙折射纖芯的折射率分布可以是階躍折射率分布，也可以是漸變折射率分布。

優(yōu)選的，所述本征模完全分離的退簡并多模光纖支持多個通道光纖本征模式，且所有光纖本征模式之間的有效折射率差均大于1×10^-4，多個通道光纖本征模式間低串擾。

進一步的，所述雙折射纖芯采用橢圓纖芯結構，橢圓纖芯材料包括摻雜二氧化鍺、二氧化鈦或五氧化二磷的二氧化硅材料。橢圓纖芯短半軸掃描范圍可以取3～6μm，橢圓纖芯橢圓率掃描范圍可以取1～4。

進一步的，所述應力區(qū)采用摻雜五氧化二硼或氟的二氧化硅材料，包層采用純二氧化硅材料。

進一步的，兩個相同的圓形應力區(qū)對稱設在所述橢圓纖芯短軸兩側，構成熊貓型應力區(qū)結構，包層為圓形包層。圓形應力區(qū)邊界與橢圓纖芯邊界間距離的掃描范圍可以取1～3μm，該距離過大或過小都會減小應力附加雙折射效應。圓形應力區(qū)半徑掃描范圍可以取10～25μm。

進一步的，兩個相同的扇環(huán)應力區(qū)對稱設在所述橢圓纖芯短軸兩側，構成領結型(蝴蝶型)應力區(qū)結構，包層為圓形包層。其中，所述扇環(huán)的圓心與橢圓纖芯中心重合。扇環(huán)應力區(qū)內(nèi)環(huán)邊界與橢圓纖芯邊界間距離的掃描范圍可以取1～3μm，該距離過大或過小都會減小應力附加雙折射效應。扇環(huán)應力區(qū)外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應力區(qū)夾角掃描范圍可以取90°～150°。

進一步的，所述雙折射纖芯采用橢圓環(huán)形纖芯結構，兩個相同的圓形應力區(qū)對稱設在橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側，構成熊貓型應力區(qū)結構，包層為圓形包層。其中，所述橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)和外環(huán)為中心重合、長短軸皆同方向且橢圓率大小相等的橢圓形，內(nèi)環(huán)和外環(huán)中間區(qū)域為纖芯，內(nèi)環(huán)內(nèi)部區(qū)域材料和包層材料相同。橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯環(huán)狀區(qū)域短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯橢圓率掃描范圍可以取1～4。圓形應力區(qū)邊界與橢圓環(huán)形纖芯外環(huán)邊界間距離掃描范圍可以取1～3μm，該距離過大或過小都會減小應力附加雙折射效應。圓形應力區(qū)半徑掃描范圍可以取10～25μm。

進一步的，所述雙折射纖芯采用橢圓環(huán)形纖芯結構，兩個相同的扇環(huán)應力區(qū)對稱設在橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側，構成領結型(蝴蝶型)應力區(qū)結構，包層為圓形包層。其中，所述扇環(huán)的圓心與橢圓纖環(huán)形芯中心重合，所述橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)和外環(huán)為中心重合、長短軸皆同方向且橢圓率大小相等的橢圓形，內(nèi)環(huán)和外環(huán)中間區(qū)域為纖芯，內(nèi)環(huán)內(nèi)部區(qū)域材料和包層材料相同。橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯環(huán)狀區(qū)域短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯橢圓率掃描范圍可以取1～4。扇環(huán)應力區(qū)內(nèi)環(huán)邊界與橢圓環(huán)形纖芯外環(huán)邊界間距離掃描范圍可以取1～3μm，該距離過大或過小都會減小應力附加雙折射效應。扇環(huán)應力區(qū)外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應力區(qū)夾角掃描范圍可以取90°～150°。

總體上，對圓形應力區(qū)結構要求相同，對扇環(huán)應力區(qū)結構要求相同，對橢圓纖芯結構要求相同，對橢圓環(huán)形纖芯結構要求相同。在上述給定各參數(shù)掃描范圍內(nèi)，光纖所支持的本征模通道數(shù)目以及本征模間有效折射率差會有相應不同，不過，最優(yōu)的光纖設計參數(shù)位于上述參數(shù)掃描范圍內(nèi)，可以在得到多通道本征模同時保證所有本征模之間的有效折射率差大于1×10^-4，即實現(xiàn)本征模完全分離的退簡并多模光纖。

本發(fā)明中，以雙折射纖芯結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓形纖芯，雙折射纖芯提供形狀結構雙折射，可以采用橢圓纖芯和橢圓環(huán)形纖芯結構，橢圓環(huán)形纖芯會進一步有利于本征模分離；應力區(qū)提供應力附加雙折射，可以采用橢圓纖芯或橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側對稱分布的熊貓型或領結型(蝴蝶型)應力區(qū)結構，即應力區(qū)形狀分別為圓形或扇環(huán)。這種改進的優(yōu)點在于將橢圓纖芯或橢圓環(huán)形纖芯結構引起的形狀結構雙折射和應力區(qū)引起的應力附加雙折射兩者相疊加，有效增強了光纖中的雙折射效應，使得在獲得多通道數(shù)目本征模的同時可以實現(xiàn)所有本征模之間的有效折射率差大于1×10^-4，即實現(xiàn)所有光纖本征模完全分離的退簡并多模光纖。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、相比于傳統(tǒng)弱導少模和多模光纖以及環(huán)形光纖中使用的LP模式或OAM模式，本方面利用的直接是光纖本征模式，將應用于光纖本征模復用通信，為模式復用通信提供一種新的方案。

2、相比于傳統(tǒng)弱導少模和多模光纖以及環(huán)形光纖中存在的模式簡并，本發(fā)明光纖支持的所有本征模實現(xiàn)完全分離，即所有本征模完全退簡并。

3、相比于單獨的熊貓型、領結型(蝴蝶型)應力雙折射保偏光纖、橢圓芯雙折射光纖、高折射率環(huán)形光纖，本發(fā)明將橢圓纖芯或橢圓環(huán)形纖芯結構引起的形狀結構雙折射和應力區(qū)引起的應力附加雙折射兩者相疊加，有效增強了光纖中的雙折射效應，使得在獲得多通道數(shù)目本征模的同時可以實現(xiàn)所有本征模之間的有效折射率差大于1×10^-4，即實現(xiàn)所有光纖本征模完全分離和退簡并。

4、本發(fā)明提供的本征模完全分離的退簡并多模光纖，基于熊貓型、領結型(蝴蝶型)、橢圓芯保偏光纖和環(huán)形光纖等制作工藝，工藝上便于實際拉制實現(xiàn)。

附圖說明

圖1(a)是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖結構橫截面示意圖，圖1(b)是該結構相應的材料折射率分布圖；

圖2(a)是本發(fā)明提供的領結型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡并多模光纖結構橫截面示意圖，圖2(b)是該結構相應的材料折射率分布圖；

圖3(a)是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖結構橫截面示意圖，圖3(b)是該結構相應的材料折射率分布圖；

圖4(a)是本發(fā)明提供的領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖結構橫截面示意圖，圖4(b)是該結構相應的材料折射率分布圖；

圖5是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖支持的35個模式有效折射率；

圖6是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖支持的35個模式間有效折射率差。

圖7是本發(fā)明提供的領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖支持的53個模式有效折射率；

圖8是本發(fā)明提供的領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖支持的53個模式間有效折射率差。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

如圖1(a)所示，本發(fā)明提供的這種熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖由橢圓纖芯1、橢圓纖芯短軸兩側對稱分布的圓形應力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個圓形應力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖1(b)為該熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖沿x方向(橢圓短軸方向)的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結構設計參數(shù)包括橢圓纖芯1長半軸a_y、短半軸a_x大小，兩個圓形應力區(qū)2半徑r₁，圓形應力區(qū)2邊界與橢圓纖芯1邊界間距離d₁，橢圓纖芯1折射率n₁和圓形應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。摻硼摩爾百分比影響折射率，摻硼越多折射率越小。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。在全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓纖芯1折射率n₁、橢圓纖芯1短半軸a_x、橢圓纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)三個變量以確定橢圓纖芯1的結構，該結構主要決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描圓形應力區(qū)2半徑r₁、圓形應力區(qū)2邊界與橢圓纖芯1邊界間距離d₁、圓形應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB三個變量確定圓形應力區(qū)2的結構，該結構主要影響光纖中本征模有效折射率差。掃描可以通過Matlab軟件對各個變量在一定范圍內(nèi)掃描。依據(jù)對這種熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖本征模通道數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結構參數(shù)。其中，橢圓纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達到且比較成熟的橢圓纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過2.5％。橢圓纖芯1短半軸掃描范圍可以取3～6μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。圓形應力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過33％。圓形應力區(qū)2邊界與橢圓纖芯1邊界間距離d₁掃描范圍可以取1～3μm，d₁過大或過小都會減小雙折射效應。圓形應力區(qū)2半徑掃描范圍可以取10～25μm。

如圖2(a)所示，本發(fā)明提供的這種領結型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡并多模光纖由橢圓纖芯1、橢圓纖芯短軸兩側對稱分布的扇環(huán)應力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個扇環(huán)應力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖2(b)為該領結型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡并多模光纖沿x方向的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結構設計參數(shù)包括橢圓纖芯1長半軸a_y、短半軸a_x大小，兩個扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)外環(huán)半徑r₁和r₂，扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓纖芯1邊界間最近距離d₁，扇環(huán)應力區(qū)2夾角θ，橢圓纖芯1折射率n₁和扇環(huán)應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。在全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓纖芯1折射率n₁、橢圓纖芯1短半軸a_x、橢圓纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)三個變量確定橢圓纖芯1的結構，該結構主要決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描扇環(huán)應力區(qū)2外環(huán)半徑r₂、扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓纖芯1邊界間最近距離d₁、扇環(huán)應力區(qū)2夾角θ、扇環(huán)應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB四個變量確定扇環(huán)應力區(qū)2的結構，該結構主要影響光纖中本征模有效折射率差。依據(jù)對這種領結型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡并多模光纖本征模通道數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結構參數(shù)。其中，橢圓纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達到且比較常熟的橢圓纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過2.5％。橢圓纖芯1短半軸掃描范圍可以取3～6μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。扇環(huán)應力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過33％。扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓纖芯1邊界間最近距離d₁掃描范圍可以取1～3μm，d₁過大或過小都會減小雙折射效應。扇環(huán)應力區(qū)2外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應力區(qū)2夾角掃描范圍可以取90°～150°。

如圖3(a)所示，本發(fā)明提供的這種熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖由橢圓環(huán)形纖芯1、橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側對稱分布的圓形應力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個圓形應力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，橢圓內(nèi)環(huán)和外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖3(b)為該熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖沿x方向的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結構設計參數(shù)包括橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)長半軸a_y、短半軸a_x大小和外環(huán)長半軸b_y、短半軸b_x大小，兩個圓形應力區(qū)2半徑r₁，圓形應力區(qū)2邊界與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間距離d₂，橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁和圓形應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁(d₁＝b_x-a_x)。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸a_x、橢圓環(huán)形纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁四個變量確定橢圓環(huán)形纖芯1的結構，該結構主要決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描圓形應力區(qū)2半徑r₁、圓形應力區(qū)2邊界與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間距離d₂、圓形應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB三個變量確定圓形應力區(qū)2的結構，該結構主要影響光纖中本征模有效折射率差。依據(jù)對這種熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖模式數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結構參數(shù)。其中，橢圓環(huán)形纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達到且比較成熟的橢圓環(huán)形纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過2.5％。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。圓形應力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過33％。圓形應力區(qū)2邊界與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間距離掃描范圍d₂可以取1～3μm，d₂過大或過小都會減小雙折射效應。圓形應力區(qū)2半徑掃描范圍可以取10～25μm。

如圖4(a)所示，本發(fā)明提供的這種領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖由橢圓環(huán)形纖芯1、橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側對稱分布的扇環(huán)應力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個扇環(huán)應力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，橢圓內(nèi)環(huán)和外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖4(b)為該領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖沿x方向的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結構設計參數(shù)包括橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)長半軸a_y、短半軸a_x大小和外環(huán)長半軸b_y、短半軸b_x大小，兩個扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)外環(huán)半徑r₁和r₂，扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間最近距離為d₂，扇環(huán)應力區(qū)2夾角θ，橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁和扇環(huán)應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁(d₁＝b_x-a_x)。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸a_x、橢圓環(huán)形纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁四個變量確定橢圓環(huán)形纖芯1的結構，該結構決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描扇環(huán)應力區(qū)2外環(huán)半徑r₂、扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間最近距離d₂、扇環(huán)應力區(qū)2夾角θ、扇環(huán)應力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB四個變量確定扇環(huán)應力區(qū)2的結構，該結構主要影響光纖中本征模有效折射率差。依據(jù)對這種領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖本征模通道數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結構參數(shù)。其中，橢圓環(huán)形纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達到且比較成熟的橢圓環(huán)形纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過2.5％。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。扇環(huán)應力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過33％。扇環(huán)應力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間最近距離d₂掃描范圍可以取1～3μm，d₂過大或過小都會減小雙折射效應。扇環(huán)應力區(qū)2外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應力區(qū)2夾角掃描范圍可以取90°～150°。

對于本發(fā)明用到的熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖，橢圓短半軸為5.2μm，長半軸為7.8μm，對應橢圓率為1.5。兩個圓形應力區(qū)半徑為20μm，圓形應力區(qū)邊界與橢圓纖芯邊界間距離為2.5μm。包層半徑為62.5μm。橢圓纖芯區(qū)域和包層折射率差為2.5％，應力區(qū)摻硼摩爾百分比為30％。

對這個熊貓型橢圓纖芯退簡并多模光纖結構的模擬仿真結果如圖5和圖6所示。仿真波長為1550nm時，光纖中共支持35個本征模式。圖5為這35個本征模式的有效折射率。圖6為這35個本征模式間相鄰本征模式有效折射率差，任意兩個本征模式間有效折射率差皆大于1.62×10^-4，即實現(xiàn)了35個本征模式的有效完全分離和退簡并。

對于本發(fā)明用到的領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖，橢圓環(huán)形纖芯內(nèi)外環(huán)兩個橢圓短半軸分別為1.4μm和5.6μm，長半軸分別為2.8μm和11.2μm，對應橢圓率為2。兩個扇環(huán)應力區(qū)內(nèi)外半徑分別為9.47μm和50μm，扇環(huán)夾角為120°。包層半徑為62.5μm。橢圓環(huán)形區(qū)域和包層折射率差為2.5％，應力區(qū)摻硼摩爾百分比為30％。

對這個領結型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡并多模光纖結構的模擬仿真結果如圖7和圖8所示。仿真波長為1550nm時，光纖中共支持53個本征模式。圖5為這53個本征模式的有效折射率。圖6為這53個本征模式間相鄰本征模式有效折射率差，任意兩個本征模式間有效折射率差皆大于1.59×10^-4，即實現(xiàn)了53個本征模式的有效完全分離和退簡并。

本發(fā)明不僅局限于上述具體實施方式，本領域一般技術人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實施方式實施本發(fā)明，比如纖芯外側添加輔助低折射率溝道(Trench)結構等，因此，凡是采用本發(fā)明的設計結構和思路，做一些簡單的變化或更改的設計，都落入本發(fā)明保護的范圍。